NiTi纤维增强Ti-Al金属—金属间化合物层状复合材料的制备与性能

发布时间：2020-11-07 13:51

　　 纤维增强Ti-Al金属-金属间化合物层状复合材料的特殊结构使其具有一系列的性能特点,如材料的各向异性,以及几何与物理非线性等,因此在研究、制造和应用过程中面临许多重要和复杂的性能问题。本文针对NiTi纤维增强Ti-Al金属-金属间化合物层状复合材料(SMAFR MIL复合材料)性能的各向异性问题,通过改变纤维铺设角设计出了正交NiTi纤维增强Ti-Al金属-金属间化合物层状复合材料(正交SMAFR MIL复合材料)的新结构,同时制备出了单向NiTi纤维增强Ti-Al金属-金属间化合物层状复合材料(单向SMAFR MIL复合材料)进行性能比较;主要研究了单向SMAFR MIL复合材料和正交SMAFR MIL复合材料的制备工艺和反应机理,重点研究了NiTi纤维铺排方式对SMAFR MIL复合材料力学性能和阻尼性能的影响,并揭示了NiTi纤维铺排方式在SMAFR MIL复合材料中的作用机理。研究结果表明:(1)无论初始单元结构为“Ti-NiTi-Al-Ti”还是“Ti-Al-NiTi-Al-Ti”叠层,经过热压烧结后NiTi纤维均是均匀地分布在金属间化合物层中心,且在金属间化合物层中形成由NiTi纤维、Al_3Ti单相区和两相混合区构成的“block单元”。通过HSC 6.0软件对Al_3Ni相和Al_3Ti相形成自由能计算和实验验证发现,Al_3Ni相优先于Al_3Ti相形成,两者交替形成两相混合区独特的片层结构,并在两相区周围形成单相区。(2)对不同相体积分数SMAFR MIL复合材料的密度和弹性模量进行测量,研究结果发现SMAFR MIL复合材料的密度为3.8~4.1g/cm~3,弹性模量为140~165Gpa。对SMAFR MIL复合材料的显微硬度测试发现,垂直于层向的显微硬度呈周期性规律分布。(3)通过对单向SMAFR MIL复合材料和正交SMAFR MIL复合材料进行拉伸、压缩和三点弯曲测试及断口形貌分析表明,当材料受拉应力时,材料中界面对拉伸性能起到重要的作用,由于正交SMAFR MIL复合材料中与拉应力垂直的界面对材料的拉伸性能起到弱化的影响,因此正交SMAFR MIL复合材料的抗拉强度低于单向SMAFR MIL复合材料。在压应力状态下,正交NiTi纤维铺排方式在裂纹扩展过程中起到止裂作用,使得正交SMAFR MIL复合材料的抗压性能优于单向SMAFR MIL复合材料。通过断裂能量计算,在弯曲应力状态下NiTi纤维的塑性变形和断裂对材料的断裂韧性起到重要的贡献,而正交NiTi纤维铺排方式所引起的部分层纤维仅发生脱粘过程使正交SMAFR MIL复合材料的韧性低于单向SMAFR MIL复合材料。(4)通过对单向和正交SMAFR MIL复合材料的阻尼性能分析发现,经过热压烧结后,NiTi纤维失去了其某些阻尼特性,但其伪弹性的存在仍然使NiTi纤维表现出良好的阻尼特性,因此SMAFR MIL复合材料中NiTi纤维的固有阻尼和界面阻尼对复合材料的阻尼性能起到主导作用。正交SMAFR MIL复合材料的界面数和NiTi纤维的数量较单向SMAFR MIL复合材料的多,因而表现出较高的阻尼性能。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB33
【部分图文】：

图 1.1 Ti-Al 二元相图表 1.1 金属间化合物基本结构和部分性能间化合物 Ti3Al TiAl Al3报告符号 D019L10D0/g 4.1~4.7 3.8~4.0 3.4~点/K 1933 1753 16度/HV 260~380 240~260 660~强度/MPa 800~1140 450~700 120~模量/GPa 120~145 160~176 21/燃烧抗力 差 差 良延性/% 2~7 1~4 1~表 1.1 结果，Ti-Al 系金属间化合物 Al3Ti 较其他两种化合物具有较模量明显优于 Ti3Al 和 TiAl 金属间化合物，具有良好的抗氧化能力，合物被作为一种具有很大发展潜力的高温结构材料。但由于 Al3Ti 晶素的影响，比如化学键的方向性，有害杂质原子的作用都会大大降低

哈尔滨工程大学硕士学位论文性金属复合以达到改善 Al3Ti 的室温塑性，并取得了一定的研究成系金属间化合物凭借其优良的高温结构强度、抗氧化性、低密度在航空航天材料领域中表现出可观的发展前景，成为新一代高温一，因而被作为高推重比飞机发动机和低压涡轮叶片的首选结构先后在 Ti-Al 系金属间化合物向先进航空发动机上的应用方面取用先进的工艺方法，研制出发动机叶片等零部件。据分析，未来 金属间化合物涡轮叶片的需求量将越来越大，并将代替目前发动金叶片。NASA 报告指出，到 2020 年 Ti-Al 系金属间化合物及其发动机中的应用中将占有大约五分之一的份额[18]。因此，对 Ti-复合材料的研发在未来工业领域具有着十分重要的生产实践意义l 系金属间化合物

作为一种增强体，在与基体材料复合时要求与基体能够形成一个良好体的物理和化学相容性好，载荷承载能力强等。因此选择一个合适的的性能、与基体的润湿性、以及复合材料应用情况等多方面综合考虑维都可以被用来作为增强体。目前，代表性的纤维增强体有 C 纤维、7, 38]、SiC 纤维[39, 40]及 NiTi 纤维[41]等。这些纤维的加入可以通过对基微组织，如晶粒尺寸及材料密度等的改变，来改善基体材料性能上团队[37]和 Han[38]等人均制备了 Al2O3纤维增强 Ti-Al3Ti 基层状复合材料们研究结果发现，CCFR-MIL 复合材料在压缩和拉伸条件下的强度和 Al2O3纤维增强 Ti-Al3Ti 基层状复合材料。Yu 等人[39]通过真空热压烧维增强 Ti-金属间化合物基层状复合材料，发现复合材料中由于裂纹路径明显增加，同时裂纹在扩展过程中出现裂纹钝化的现象。由此可属-金属间化合物层状复合材料中具有明显的增强增韧作用，对于纤间化合物层状复合材料的发展起到积极的影响。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 薛阳;倪颂;宋旼;肖代红;;烧结温度对Al_3Ni金属间化合物增强铝基复合材料力学性能的影响[J];粉末冶金材料科学与工程;2014年06期

2 盖鹏涛;吴为;王明涛;;Ti-Al_3Ti层状复合材料的研究现状与发展[J];材料导报;2012年13期

3 杨益航;王德志;林高用;柳华炎;周旭红;;层状功能材料的研究与发展[J];材料导报;2011年17期

4 林均品;张来启;宋西平;叶丰;陈国良;;轻质γ-TiAl金属间化合物的研究进展[J];中国材料进展;2010年02期

5 何柏林;孙佳;;陶瓷基复合材料增韧技术的研究进展[J];粉末冶金工业;2009年04期

6 黄玉松;郑威;辛培训;王玲;李宁;汪得功;;贝壳珍珠层结构仿生复合材料研究[J];工程塑料应用;2008年10期

7 惠林海;耿浩然;王守仁;徐杰;;Al_3Ti金属间化合物的研究进展[J];机械工程材料;2007年09期

8 张骥华;;锰基合金的反铁磁转变与fct马氏体相变内耗[J];物理学进展;2006年Z1期

9 易剑,赫晓东,李垚;微叠层材料及其制备工艺研究进展[J];宇航材料工艺;2005年05期

10 郝斌;段先进;崔华;杨滨;张济山;;金属基复合材料的发展现状及展望[J];材料导报;2005年07期

本文编号：2874033